(57)【要約】【課題】循環電流を抑制しつつ、小サイズで表皮効果を抑制しうるコイルユニットなどを提供する。【解決手段】コイルユニット１０は、小コイルである第１コイル１０ａと、大コイルである第２コイルとを有している。コイルユニット１０は、小コイルであるコイル１０ａ，１０ｂを、内方から順次嵌め合わせて構成されている。第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとは、互いに巻回方向が逆である。第１，第２コイル１０ａ，１０ｂが、直列に接続されているので、循環電流は生じない。各コイル１０ａ，１０ｂの同じ側で終端するコイル線端１１ａ同士が、連結部材１０ｚにより連結されている。これにより、連結処理が簡素化され、軸長も短くなる。１つの平角線をエッジワイズ状に巻回したコイルに比べ、表皮効果による悪影響も抑制される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向の大きさが相異なる複数のコイルを、内方から順次嵌め合わせたコイルユニットであって、
前記複数のコイルのうち相隣接する２つのコイルのコイル線は、互いに逆向きに巻回されており、
各コイルの同じ側の端面で終端する各一方のコイル線端同士が連結されている、コイルユニット。
【請求項２】
請求項１記載のコイルユニットにおいて、
前記各一方のコイル線端同士は、コイルエンド部において連結されている、コイルユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載のコイルユニットの複数個と、
前記複数個のコイルユニットがそれぞれ装着される同数個のコアと、
を備えているステータ。
【請求項４】
請求項３記載のステータにおいて、
前記各コイルユニットの各他方のコイル線端同士は、前記コアのヨーク部において電気的に接続されている、ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転モータ、リニアモータ、発電機などに用いられるコイルユニット、および、コイルユニットを備えたステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ，発電機，リアクトル，トランスなどに配置されるコイルは、一般には、細い銅線を多数回巻いて構成されている。モータのステータでは、断面がほぼ円形の丸線をコアまたは分割コアのティース部に巻き付けたコイルが汎用されている。
【０００３】
一方、最近では、平角線と呼ばれる断面が平板状のコイルをエッジワイズ状に巻回したコイル構造も提案されてきている。平角線をエッジワイズ状に巻回することにより、丸線を用いたコイルよりも、占積率および放熱性がよくなる。また、コイル形成時に、渡り線処理がないことから、コイルの組立工程を簡素化しうる、というメリットもある。
【０００４】
反面、平角線を曲げる際に、少なくとも平角線の幅と同じ程度の曲げ半径を見込んでおく必要がある。そのために、コイルのサイズが過大になるおそれもある。
一般に、導線に高周波電流が流れると、電流が導線の表面に偏る、表皮効果が生じることが知られている。
【０００５】
そこで、上記のような平角線の不具合を解消すべく、特許文献１，２では、以下のようなコイル構造を提案している。
特許文献１のコイルは、絶縁物によって被覆された複数の角形コイル線を１つの平角線のように組み込んでいる。そして、平角線全体をエッジワイズ形状に巻回している。
特許文献２のコイルは、コイル線を分割平角線に束ねて巻回された複数のコイル部を用いている。その際、各コイル部の径を徐々に増大させておいて、各コイル部を同心状に順次嵌合している。
【特許文献１】特開２００５−３２７８３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２のコイル構造は、いわば平角線を細分割した構造となっている。そのために、曲げ半径を小さくすることができ、コイルのサイズを小さく維持することができる。また、コイルの表面積が増大することにより、表皮効果による影響を軽減することもできる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２の技術では、上下層に重ねて巻回された複数の導体の長さは異なるので、抵抗値にも差が生じる。その結果、共通の端子に接続される複数の導線の抵抗差によって、高周波電流に対して電圧差が生じ、循環電流が流れる。この循環電流は、モータの出力には寄与せず、無効な電流となる。
【０００８】
本発明の目的は、循環電流を抑制しつつ、小サイズで表皮効果を抑制しうるコイルユニット，およびこのコイルユニットを備えたステータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコイルユニットは 、径方向の大きさが相異なる複数のコイルを、内方から順次嵌め合わせて構成されている。複数のコイルのうち相隣接する２つのコイルのコイル線は、互いに逆向きに巻回されている。各コイルの同じ側の端面で終端する各一方のコイル線端同士が連結されている。連結方法としては、溶接，ろう付け，ねじりなどがある。
【００１０】
これにより、複数のコイルが磁界を打ち消しあうことなく直列に接続される。よって、循環電流が生じることがない。しかも、２つのコイルの同じ側の端面で終端する各一方のコイル線端同士を連結するので、連結処理も簡単で、軸長も抑制しうる。
一方、外部端子となる他方のコイル線端同士は、別の端面で終端する。ステータに組み込んだときに、この別の端面をヨーク側にすれば、ヨーク部の上にバスバーを配置することが可能になる。よって、さらなる軸長の低減が可能である。
また、１つの平角線をエッジワイズ状に巻回したコイルに比べ、表皮効果による悪影響も抑制することができる。
【００１１】
上記コイル線端同士は、コイルエンド部において連結されていることが好ましい。これにより、占積率の低下を抑制することができる。
【００１２】
本発明のコイルユニットの複数個をそれぞれ同数のコアに装着したステータは、損失の小さなモータ，発電機，リアクトル，トランスなどの部品として、高い利便性を発揮する。ステータは、分割ステータであってもよいし、一体化されたステータであってもよい。
その場合、上記各コイルユニットの各他方のコイル線端同士は、コアのヨーク部において電気的に接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のコイルユニットまたはステータによると、循環電流を抑制しつつ、小サイズで表皮効果を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
−コイルユニットおよびステータの構造−
図１は、実施の形態１に係るコイルユニット１０の各コイルを準備した状態を示す斜視図である。本実施の形態のコイルユニット１０は、小コイルである第１コイル１０ａと、大コイルである第２コイル１０ｂとを有している。第１，第２コイル１０ａ，１０ｂは、いずれも平角線１１(コイル線)をエッジワイズ状に巻回したものである。本実施形態では、各コイル１０ａ，１０ｂの巻回数は同じである。各平角線１１のコイル線端１１ａ，１１ｂは、この段階ではいずれも上方を向いている。
【００１５】
平角線１１は、断面がほぼ矩形状の銅線１２と、銅線１２を被覆する被覆膜１３とを有している。被覆膜１３は、ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエステルイミド等に代表されるイミド系樹脂からなる。銅線１２の断面寸法は、短辺が約０．９５ｍｍで長辺が約２．４０ｍｍであり、被覆膜１３の厚みは約０．０３ｍｍである。
【００１６】
第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとは、互いに巻回方向が逆である。具体的には、一方を右巻きとすると、他方を左巻きである。第１コイル１０ａの外周のサイズは、第２コイル１０ｂの内周のサイズよりもやや小さい。
【００１７】
図２は、各コイル１０ａ，１０ｂを組み立てる直前の状態を示す斜視図である。第１コイル１０ａの平角線１１のコイル線端１１ａを折り曲げ、第１コイル１０ａを第２コイル１０ｂに挿入する。
【００１８】
図３は、第１コイル１０ａを第２コイル１０ｂ内に挿入した状態を示す斜視図である。第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとの各端部が、ほぼ同一平面上に位置するように、両者を遊嵌合させる。
【００１９】
図４は、各コイル１０ａ，１０ｂのコイル線端を連結し、分割ステータを組み立てる状態を示す斜視図である。各コイル１０ａ，１０ｂの同じ側で終端するコイル線端１１ａ同士を、連結部材１０ｚにより連結する。その結果、第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとは、連結部材１０ｚを介して電気的に直列に接続されている。
【００２０】
なお、本実施の形態では、連結部材１０ｚは、コイルエンド部の上方に位置している。これにより、占積率の低下を抑制することができる。
また、第１コイル１０ａと、第２コイル１０ｂとは、他方のコイル線端１１ｂを外部端子としている。一方のコイル線端１１ａをティース部５１ｂの先端側（ロータ側）に、他方のコイル先端１１ｂを、ヨーク側に位置させている。図示しないが、他方のコイル先端１１ｂに接続されるバスバーをヨーク部５１ａの上に配置している。
【００２１】
分割コア５１は、ヨーク部５１ａと、ヨーク部５１ａからロータ側に突出したティース部５１ｂとを有している。本実施形態では、圧粉コア構造を採用しているが、積層鋼板を用いてもよい。
【００２２】
図４には示されていないが、コイルユニット１０は、コイル全体をモールドしているモールド樹脂を備えている。モールド樹脂と、分割コア５１のティース部５１ｂとを嵌合させて、コイルユニット１０が分割コア５１に取り付けられる。コイルユニット１０および分割コア５１により、分割ステータ５３が構成される。
そのとき、連結部材１０ｚと、外部端子であるコイル線端１０ｂとは、モールド樹脂から露出している。
【００２３】
−モータの構造−
図５は、実施の形態１に係るモータのステータ５０の概略的な構造を示す断面図である。図５においても、モールド樹脂の表示は省略されている。ステータ５０は、複数の分割ステータ５３を環状に連結して構成される。ステータ５０は、複数の分割コア５１を環状に組み合わせた後、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み付けられる。本実施形態では、コアとして分割コア５１を集合させたものを用いているが、コアが分割されずに一体化されたものであってもよい。
【００２４】
ステータ５０の内方には、永久磁石を設けたロータ（図示せず）が配置される。本実施の形態では、分割コア５１は、絶縁被膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成されている。ただし、多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものであってもよい。
分割コア５１のティース部５１ｂには、第１コイル１０ａおよび第２コイル１０ｂを含むコイルユニット１０が装着されている。樹脂は図示されていないが、コイルユニット１０は、樹脂モールドされている。
【００２５】
図６は、３相交流モータのステータ５０の等価回路を示す図である。分割ステータ５１のコイルユニット１０は、Ｕ相電力，Ｖ相電力，およびＷ相電力のいずれか供給される。各相で、４個のコイルユニット１０が直列配置され、各コイルユニット１０の端子は、バスバーによって電気的に接続されている。各相の最も中心側の端部に位置するコイルユニット１０のコイル線端１１ｂは、バスバーを介して、中性点Ｇに接続されている。直列接続の最外方のコイルユニット１０のコイル線端１１ｂは、インバータモジュール等から変換された交流電力の供給を受ける。
図６の拡大図に示すように、第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとは、連結部１０ｚを介して、電気的に直列に接続されている。
【００２６】
−実施の形態の効果−
本実施形態のコイルユニット１０またはステータ５０によると、以下の作用効果が得られる。
コイルユニット１０は、複数のコイル１０ａ，１０ｂが、磁界を打ち消しあうことなく直列に接続されている。よって、循環電流が生じることがない。各コイル１０ａ，１０ｂの同じ側の満面で終端するコイル線端１１ａ同士を連結することで、連結処理も簡単である。また、軸長も抑制しうる。
【００２７】
また、外部端子となる他方のコイル線端１０ｂ同士を同じ側から取り出すことができる。よって、他方のコイル線端１０ｂをロータ側にすれば、バスバーをヨーク部５１ａ上に配置することができる。これにより、軸長をさらに低減することができる。
しかも、１つの平角線をエッジワイズ状に巻回したコイルに比べ、表皮効果による悪影響も抑制することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２における分割ステータの断面図である。同図においては、モールド樹脂の図示が省略されている。図７において、実施の形態１と同じ部材については、同じ符号を付して、説明を省略する。
本実施の形態では、第１コイル１０ａと第２コイル１０ｂとは、フラットワイズ状に巻回されている。
図７においては、理解を容易にするために、この断面には存在しない連結部材１０ｚが表示されている。
【００２９】
第１，第２コイル１０ａ，１０ｂは、同じ側の端面で終端するコイル線端１１ａ同士が、連結部材１０ｚにより連結されている。
本実施の形態においても、モータのステータ５０の概略的な構造は、図５に示すとおりである。また、ステータ５０の等価回路は、図６に示すとおりである。
【００３０】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、第１，第２コイル１０ａ，１０ｂは、電気的に直列に接続されている。また、各コイル１０ａ，１０ｂの同じ側の端面で終端するコイル線端１１ａ同士が連結されている。
よって、実施の形態１と同じ効果を発揮することができる。加えて、本実施の形態では、フラットワイズ状に巻回することにより、巻回時の変形に要する応力を低減することができる。つまり、コイルユニット１０の形成が容易となる。
【００３１】
（他の実施の形態）
上記各実施の形態では、コイルユニット１０は、２つのコイル１０ａ，１０ｂを備えたものとしたが、これに限定されるものではない。３つ以上のコイルを内方側から組み立てた場合にも、相隣接するコイルの巻回方向を逆向きにすればよい。これにより、同じ側の端面同士で終端するコイル線端同士を連結処理することができる。
【００３２】
上記各実施の形態では、コア５０を多数の分割コア５１に分割した構造を採用したが、複数の分割コア５１が一体化されたものであってもよい。
【００３３】
上記各実施の形態では、各コイル１０ａ〜１０ｃのコイル線の断面形状をほぼ矩形状としたが、円形やその他の形状であってもよい。
【００３４】
上記各実施の形態では、コイルユニット１０として、樹脂でモールドされたカセットコイル構造を採用しているが、本発明は掛かる実施の形態に限定されるものではない。ただし、カセットコイル構造を採用することにより、モジュール化された部材を利用して、組立や商品化の便宜を図ることができる。
【００３５】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のコイルユニットおよびステータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットなどに配置されるモータ（リニアモータを含む）、発電機などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコイルユニットの各コイルを準備した状態を示す斜視図である。
【図２】各コイルを組み立てる直前の状態を示す斜視図である。
【図３】第１コイルを第２コイル内に挿入した状態を示す斜視図である。
【図４】各コイルのコイル線端を連結し、分割ステータを組み立てる状態を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１に係るモータのステータの概略的な構造を示す断面図である。
【図６】３相交流モータのステータの等価回路を示す図である。
【図７】実施の形態２における分割ステータの断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    コイルユニット
１０ａ  第１コイル
１０ｂ  第２コイル
１０ｚ  連結部
１１    平角線(コイル線)
１１ａ，１１ｂ  コイル線端
１２    銅線
１３    被覆膜
５０    コア
５１    分割コア
５１ａ  ヨーク部
５１ｂ  ティース部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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